何宏 单片机 第1章.ppt

1、,第1章,计算机基础,天津理工大学 光电信息与电子工程系 何宏,第1章 计算机基础,1.1 概述 世界上第一台电子计算机诞生于1946年2月15日，它是美国宾夕法尼亚大学莫尔学院电机系莫克利(J.Mauchly)教授及其同事们研制成功的ENIAC(Electronic Numerical Integrator and Computer，电子数值积分和计算机)。ENIAC采用十进制运算，电路结构十分复杂，使用18000多个电子管，运行时耗电量达150kW，体积庞大，有85立方米,占地面积150平方米,重30吨,它只能存储750条指令,每秒钟只能进行360次乘法运算。价值40多万美元, 计算机的发

2、展经历了从电子管计算机、晶体管计算机、集成电路计算机到大规模和超大规模集成电路(VLSl)计算机这样四代的更替。 小规模集成电路(small scale integration，SSI) 金属氧化物半导体(metal oxide semiconductor，MOS) 大规模集成电路(large scale integration，LSI)。,1.1.1 单片机的发展历史,单片机的发展可以分为三个阶段 20世纪70年代为单片机发展的初级阶段。 典型代表: Intel公司的MCS-48系列单片机. 例如Motorola公司的MC6801、6805， Zilog公司的Z8系列，Rockwell公司的

3、6500/1系列等。 20世纪80年代为高性能单片机的发展阶段。 典型代表:以Intel公司的MCS-51、MCS-96系列单片机， 例如Motorola公司的MC68HC05，MOSTEK公司的68200以及NS公司的HPC16040等。 20世纪90年代至今为单片机的高速发展阶段。 世界上著名的半导体厂商都重视新型单片机的研制、 生产和推广。,单片机发展可归结为以下几个方面:,1. 增加字长，提高数据精度和处理的速度 2. 改进制作工艺，提高单片机的整体性能 3.由复杂指令集CISC转向简单指令集RISC技术 4. 多功能模块集成技术，使一块“嵌入式”芯片具有多种功能 5. 微处理器与DS

4、P技术结合 6. 融入高级语言的编译程序 7. 低电压、宽电压、低功耗,1.1.2 单片机的应用领域和应用方式,1. 单片机在智能仪表中的应用 2.单片机在机电一体化中的应用 3.单片机在实时控制中的应用 4.单片机在分布式多机系统中的应用 5.单片机在家用电器等消费类领域中的应用,1.2 计算机中数据的表示,1二进制数 一个二进制数具有两个基本特征： (1)具有两个不同的数字符号，即 O 和 1； (2)逢二进位。 例如：计算1101.1101的实际值 （1101.1101）2 = 123+122+021+120+12-1+12-1+12-2+02-3+12-4 = (13.8125)10

5、2十六进制数 在计算机中，最常用十六进制数。一个十六进制数的基本特点是： (1)具有16个数字符号，采用 0-9 和 A-F； (2)逢16进位。 例如：（FF0E）16 = 1516315162十O161十14160 =（65294）10 （A8.6C）16 = 101618160十616-1十1216-2,3.数制的转换,（1）二进制与十六进制的转换 （1 1 0 1 0 1 1 1 1 0 . 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1）2 转 换 为 0011 0l0l 11101101 0101 1100 3 5 E . D 5 C 转换结果为：（35ED5C）16 例 如： （8BC.

6、7E）16 转 换 为 （1000 1011 11000111 1110）2 （2）二进制与十进制转换 整数部分的转换方法是除 2 取余法，小数部分的转换方法是乘 2 取整法。 例如，将十进制数206.385 转成二进制数。前面已经做过： （206）10（11001110）2， (0.385)10 （0.0110001）2 那么，（206.385）10 =（110011100110001）2,1.2.2 计算机中数据的表示方法,1带符号数的表示方法 一个数的最高位定为符号位 。 0 表示正，用 1 表示负 X （01011011）2 91 X （11011011）2 91 连同一个符号位在一起

7、作为一个数，就称为机器数， 而它的数值称为机器数的真值。 （1）原码 正数的符号位用 0 表示，负数的符号位用 l 表示 例如， X = 100 x原 = 0 1100100 Y = 100 Y 原 = 1 1100100 （2）反码 正数的反码表示与原码相同， 负数的反码表示 ， 为它的正数“按位取反”（连同符号位）。,以 8 位二进制反码表示的数有以下特点：, 6反 = 0 0000110 一6反 = 1 1111001 127反 = 0 1111111 127反 = 1 0000000 0反 = 0 0000000 0反 = 1 1111111, 0 有两种表示方法； 能表示的数值范围为

8、127127； 一个带符号数由反码表示时，其最高位D7为符号位，0 表示正数，1 表示负数，后 7 位数为数值；对于负数，一定把它“按位取反”才得到它的二进制值。,（3）补码正数的补码表示与原码相同，而负数的补码表示为它的正数“按位取反”（包括符号位），并且在最低位加1而形成。,6 补 = 0 0000110 一6补 = 1 11110011 = 1 1111010 127补= 0 1111111 127补= 1 0000001 0补 = 0 0000000 一0补 = 0 0000000 当负数采用补码表示时，可以把减法转换成加法。,8 位带符号数的补码表示，有如下特点： 0补 =0补 =

9、00000000； 8 位二进制补码所能表示的 数值范围为 127 128； 一个用补码表示的二进制数，其最高位为符号位；当符号位为 0 时，表示为正数，其余7 位为此数的二进制值；但当符号位为1时表示为负数，其余几位不是此数的二进制值，应把它“按位取反”，且在最低位加 1，才是它的二进制值。,(4) 补码的运算,x+y补=x补+y补 x-y补=x补+-y补 已知y补 求-y补的方法是 对y补连同符号位在内一起变反加1得到,小结： (1)补码运算时，参加运算的两个数均为补码，结果也是补码，欲得真值，还需转换。 (2)运算时，第一，符号位与数值位一起参加运算；第二，符号位产生的进位舍掉不管；第三

10、，要保证运算结果不超过补码所能表示的最大范围，否则将产生“溢出”错误。,1.2.2.2. 十进制数的表示方法 二进制编码的十进制数，称为BCD码。用4位二进制数表示的十进制数。 压缩的BCD码 压缩的BCD码是用一个字节即8位二进制数表示两位十进制数。高4位可以表示十进制数的十位数，低4位可以表示十进制数的个位数。 例如：00100110BCD 高4位代表十进制数的2，低4位代表十进制数的6，所以其值应为（26）10 非压缩的 BCD码 非压缩的BCD码，是用一个字节即8位二进制数表示1位十进制数，其中高4位为0000，低4位00001001分别表示09。 例如，00001000BCD 它表示

11、十进制数 8。 1.2.3 计算机中非数值数据信息表示 1. 西文信息的表示 美国国家信息交换标准代码ASCII码：ASCII码是一种8位代码，一般最高位可用于奇偶校验，故仅用7位码来代表字符信息。 2. 中文信息的表示 双7位汉字编码(12812816384种状态)，称作该汉字的交换码(又称国标码)。,2. 十进制数的表示方法,二进制编码的十进制数 二进制编码的十进制数，称为BCD码。用4位二进制数表示的十进制数。 压缩的BCD码 压缩的BCD码是用一个字节即8位二进制数表示两位十进制数。高4位可以表示十进制数的十位数，低4位可以表示十进制数的个位数。 例如：00100110BCD 高4位代表十进制数的2，低4位代表十进制数的6，所以其值应为（26）10 非压缩的 BCD码 非压缩的BCD码，是用一个字节即8位二进制数表示1位十进制数，其中高4位为0000，低4位00001001分别表示09。 例如，00001000BCD 它表示